天然气再燃降低NOx排放的三维数值模拟

【摘要】： 煤粉燃烧过程释放的NOx是主要大气污染物之一,为解决锅炉NOx排放带来的污染问题,研究出了许多诸如空气分级、燃料再燃等NOx控制方法。其中天然气再燃是一种在炉内再燃区喷入再燃燃料天然气以还原生成的NOx的技术,具有投资小、运行费用低、还原效果好等优点。随着国内外技术的不断发展成熟,采用天然气再燃降低锅炉NOx排放会具有越来越大的工程应用价值。 本文对煤粉燃烧产生NOx污染物的原理及控制技术进行了概述,针对天然气再燃技术做了重点介绍,此外,对模拟燃烧过程的各种相关模型做了归纳总结。在此基础上,对燃煤锅炉的天然气再燃过程进行了系统的三维数值模拟,以我国典型的四角切圆煤粉锅炉为研究对象,建立了煤粉扩散燃烧和污染物NOx生成-还原模型,采用计算流体力学方法,模拟其燃烧过程,促进了再燃低NOx技术应用的推广。 通过对锅炉的无再燃工况和天然气再燃工况进行模拟,得到其炉内燃烧特性曲线,说明采用天然气再燃技术的必要性,探讨再燃技术中的关键参数对NOx排放浓度的影响。结果表明,对本文的研究对象,综合考虑脱氮效率和锅炉燃烧效率,其最佳再燃区长度为800mm;再燃区过量空气系数为0.9,主燃区过量空气系数为1.1;最佳的再燃燃料投入位置为800mm;再燃燃料比例为10%～15%。 将天然气再燃燃烧分别与常规燃烧、煤粉再燃燃烧和空气分级燃烧进行比较可以看出,与常规燃烧相比,采用天然气再燃技术可以有效降低锅炉NOx的排放量;与空气分级燃烧技术相比,再燃技术的减排效果明显优于空气分级技术;而在再燃技术中,再燃燃料的选择对降低NOx排放的效果也不相同,采用天然气作为再燃燃料可以更有效降低NOx的浓度。 本文通过数值模拟,系统的研究了影响燃烧的关键因素对天然气再燃降低NOx排放的影响,并通过比较,说明采用天然气再燃技术的有效性,为该领域的理论研究和工程应用提供参考。 【关键词】：天然气再燃 数值模拟 NO_x排放
【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2008
【分类号】：TK224
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 引言10-14
• 1 文献综述14-42
• 1.1 NOx的生成原理及控制技术14-21
• 1.1.1 NOx的生成原理14-17
• 1.1.2 燃烧时NOx的生成17-20
• 1.1.3 NOx的还原20-21
• 1.2 NOx排放控制技术21-24
• 1.2.1 低NOx燃烧技术21-23
• 1.2.2 烟气净化技术23-24
• 1.3 天然气再燃技术24-30
• 1.3.1 再燃技术的原理24-26
• 1.3.2 天然气再燃技术的研究现状及应用26-28
• 1.3.3 天然气再燃技术的特点28-29
• 1.3.4 天然气再燃技术的应用前景29-30
• 1.4 燃烧及NOx生成-还原模型30-40
• 1.4.1 基本控制方程31-32
• 1.4.2 气相流动模型32
• 1.4.3 气固两相流动模型32-34
• 1.4.4 气相湍流燃烧34-36
• 1.4.5 辐射传热模型36
• 1.4.6 煤粉的燃烧模型36-38
• 1.4.7 NOx生成/还原模型38-40
• 1.5 本文研究内容40
• 1.6 本章小结40-42
• 2 本文所用数学模型及计算方法42-52
• 2.1 气相流动模型42
• 2.2 气固两相流动模型42-43
• 2.3 气相湍流燃烧模型43-44
• 2.4 辐射换热模型44-45
• 2.5 挥发分析出模型45-46
• 2.6 焦炭模型46-47
• 2.7 NOx生成模型47-49
• 2.7.1 热力型NOx生成模型47-48
• 2.7.2 快速型NOx的生成模型48
• 2.7.3 燃料型NOx生成模型48-49
• 2.8 数值模拟方法49-50
• 2.9 本章小结50-52
• 3 天然气再燃的数值模拟52-86
• 3.1 模拟步骤及模型介绍52-54
• 3.2 数值模拟54-60
• 3.2.1 炉膛计算参数54-55
• 3.2.2 燃料性质55-56
• 3.2.3 边界条件56-57
• 3.2.4 网格划分57-58
• 3.2.5 计算模型58
• 3.2.6 各喷口参数计算58-60
• 3.3 计算结果及分析60-85
• 3.3.1 模拟的有效性考核60-61
• 3.3.2 无再燃时NOx的生成特性61-66
• 3.3.3 天然气再燃时NOx的生成特性66-71
• 3.3.4 再燃区长度对NOx排放量的影响71-74
• 3.3.5 再燃燃料加入位置对NOx排放量的影响74-77
• 3.3.6 再燃区过量空气系数对NOx排放量的影响77-80
• 3.3.7 再燃量对NOx排放量的影响80-84
• 3.3.8 主燃区过量空气系数对NOx排放量的影响84-85
• 3.4 本章小结85-86
• 4 不同燃烧技术的NOx排放效果比较86-94
• 4.1 天然气再燃和常规燃烧的比较86-88
• 4.2 天然气再燃和煤粉再燃的比较88-90
• 4.3 天然气再燃和空气分级燃烧的比较90-93
• 4.4 本章小节93-94
• 结论94-95
• 参考文献95-99
• 附录A 符号说明99-102
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况102-103
• 致谢103-104

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